KR102173038B1 - Anti-fuse of semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 안티퓨즈 어레이 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 특히 안티퓨즈 어레이의 면적소모를 최소화할 수 있는 안티퓨즈 어레이 기술에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 안티퓨즈 어레이는,반도체 기판 상에 매트릭스 구조로 연결되어 형성되는 복수개의 제 1 트랜지스터; 상기 매트릭스 구조 중 제 1 방향으로 상기 복수개의 제 1 트랜지스터의 제 1 끝단 각각에 형성되는 복수개의 제 2 트랜지스터; 및 상기 제 1 방향과 수직하는 제 2 방향으로 상기 복수개의 제 1 트랜지스터의 제 2 끝단 각각에 형성되는 복수개의 제 3 트랜지스터를 포함할 수 있다.The present invention relates to an anti-fuse array of a semiconductor device and a method of operating the same, and more particularly, to an anti-fuse array technology capable of minimizing the area consumption of the anti-fuse array.
An anti-fuse array of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of first transistors formed by being connected in a matrix structure on a semiconductor substrate; A plurality of second transistors formed at respective first ends of the plurality of first transistors in a first direction of the matrix structure; And a plurality of third transistors formed at each of second ends of the plurality of first transistors in a second direction perpendicular to the first direction.
Description
본 발명은 반도체 소자의 안티퓨즈 어레이 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 특히 안티퓨즈 어레이의 면적소모를 최소화할 수 있는 안티퓨즈 어레이 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an anti-fuse array of a semiconductor device and a method of operating the same, and more particularly, to an anti-fuse array technology capable of minimizing area consumption of the anti-fuse array.
최근에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력이 요구된다. 이에 따라 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전하고 있다.In recent years, with the rapid spread of information media such as computers, semiconductor devices are also rapidly developing. In terms of its function, semiconductor devices are required to operate at high speed and have a large storage capacity. Accordingly, semiconductor device manufacturing technology is developing in the direction of improving the degree of integration, reliability, and response speed.
이러한 반도체 장치는 제조 공정 시 불량이 발생할 수 있으며, 이러한 불량한 상태를 갖는 셀들을 조기에 발견하고 리페어(Repair) 공정을 통해 재생할 수 있다. In such a semiconductor device, defects may occur during a manufacturing process, and cells having such poor conditions can be detected early and regenerated through a repair process.
이러한 리페어 공정을 위해 안티퓨즈가 필요하며, 안티 퓨즈는 패키지 레벨에서 리페어(repair)를 가능하게 할 뿐만 아니라 넷 다이 증가, 제품 특성의 개선 및 고집적화에 따른 기존의 레이저 퓨즈의 장비 및 공정의 의존도를 극복하기 위하여 많이 이용되고 있는 추세이다.Anti-fuse is required for this repair process, and anti-fuse not only enables repair at the package level, but also reduces the dependence of the existing laser fuse equipment and process due to the increase in net die, improvement of product characteristics, and high integration. It is a trend that is being used a lot to overcome.
본 발명의 실시예는 안티퓨즈 어레이의 면적을 감소시켜 생산율을 향상시키는데 그 목적이 있다.An embodiment of the present invention has an object to improve the production rate by reducing the area of the antifuse array.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 안티퓨즈 어레이는,반도체 기판 상에 매트릭스 구조로 연결되어 형성되는 복수개의 제 1 트랜지스터; 상기 매트릭스 구조 중 제 1 방향으로 상기 복수개의 제 1 트랜지스터의 제 1 끝단 각각에 형성되는 복수개의 제 2 트랜지스터; 및 상기 제 1 방향과 수직하는 제 2 방향으로 상기 복수개의 제 1 트랜지스터의 제 2 끝단 각각에 형성되는 복수개의 제 3 트랜지스터를 포함할 수 있다.An anti-fuse array of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of first transistors formed by being connected in a matrix structure on a semiconductor substrate; A plurality of second transistors formed at each of first ends of the plurality of first transistors in a first direction of the matrix structure; And a plurality of third transistors formed at each of second ends of the plurality of first transistors in a second direction perpendicular to the first direction.
또한, 본 발명에 따른 안티퓨트 어레이의 동작 방법은, 반도체 기판 상에 매트릭스 구조로 연결되어 형성되는 복수개의 제 1 트랜지스터; 상기 매트릭스 구조 중 제 1 방향으로 상기 복수개의 제 1 트랜지스터의 제 1 끝단 각각에 형성되는 복수개의 제 2 트랜지스터; 및 상기 제 1 방향과 수직하는 제 2 방향으로 상기 복수개의 제 1 트랜지스터의 제 2 끝단 각각에 형성되는 복수개의 제 3 트랜지스터를 포함하는 안티퓨즈 어레의 동작방법에 있어서, 상기 복수개의 제 2 트랜지스터 중 적어도 하나에 제 1 전압을 인가하는 단계; 상기 복수개의 제 3 트랜지스터 중 적어도 하나에 제 2 전압을 인가하는 단계; 상기 제 1 전압이 인가된 제 2 트랜지스터와 상기 제 2 전압이 인가된 제 3 트랜지스터에 의해 교차되는 지점의 제 1 트랜지스터가 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 차에 의해 파열(rupture)되는 단계를 포함할 수 있다.In addition, a method of operating an anti-fute array according to the present invention includes: a plurality of first transistors connected to each other in a matrix structure on a semiconductor substrate; A plurality of second transistors formed at respective first ends of the plurality of first transistors in a first direction of the matrix structure; And a plurality of third transistors formed at each of second ends of the plurality of first transistors in a second direction perpendicular to the first direction, the method of operating an anti-fuse array comprising: Applying a first voltage to at least one; Applying a second voltage to at least one of the plurality of third transistors; A step in which the first transistor at a point where the second transistor to which the first voltage is applied and the third transistor to which the second voltage is applied is intersected by the difference between the first voltage and the second voltage is ruptured. Can include.
본 기술은 반도체 장치의 공정의 추가 없이 안티퓨즈 어레이의 면적을 감소시켜 생산율을 향상시키는 효과가 있다.The present technology has the effect of improving the production rate by reducing the area of the anti-fuse array without adding a semiconductor device process.
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 안티퓨즈 어레이의 회로도이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 안티퓨즈 어레이의 평면도이다.
도 3는 도 3의 평면도를 X-X'축으로 자른 안티퓨즈 어레이의 단면도이다.
도 4은 도 3의 평면도를 Y-Y'축으로 자른 안티퓨즈 어레이의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안티퓨즈 어레이의 프로그램(program) 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안티퓨즈 어레이의 리드(read) 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a circuit diagram of an antifuse array according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of an antifuse array according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of an antifuse array taken along an X-X' axis of the plan view of FIG. 3.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an antifuse array taken along the Y-Y' axis of the plan view of FIG. 3.
5 is a diagram illustrating a method of operating a program of an antifuse array according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a read operation method of an antifuse array according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to describe in detail enough that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention, a most preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
안티퓨즈 어레이(antifuse array)는 프로그램 트랜지스터(program transistor)와 셀렉트 트렌지스터(select transistor), 메탈 콘택(metalcontact)이 복수개 나열되어 구성되며, 임의의 선택된 셀을 프로그래밍하기 위해서 1개의 프로그램 트랜지스터, 셀렉트 트랜지스터, 비트라인(메탈 콘택)을 각각 선택해야 한다.The antifuse array is composed of a plurality of program transistors, select transistors, and metal contacts. To program a selected cell, one program transistor, select transistor, and Each bit line (metal contact) must be selected.
즉, 프로그램 게이트에 고전압이 인가되면 비트라인을 통해 인가된 저전압과의 레벨 차이로 인해 프로그램 트랜지스터의 게이트 절연막이 파열(rupture)된다. 이때, 셀렉트 게이트에 일정 전압이 인가되면 셀렉트 게이트 하부에 채널영역이 형성되어, 프로그램 게이트에 인가된 고전압이 셀렉트 게이트 하부의 채널 영역을 통해 셀렉트 게이트 측면의 비트라인(메탈 콘택)을 통해 출력되도록 한다.That is, when a high voltage is applied to the program gate, the gate insulating film of the program transistor is ruptured due to a level difference with the low voltage applied through the bit line. At this time, when a certain voltage is applied to the select gate, a channel region is formed under the select gate, so that the high voltage applied to the program gate is output through a channel region under the select gate through a bit line (metal contact) on the side of the select gate. .
본 발명에서는 프로그램 게이트 라인과 채널라인이 교차하는 매트릭스 구조로 프로그램 트랜지스터를 형성하고 프로그램 게이트 라인의 끝단에 셀렉트 게이트를 각각 형성하여 끝단의 셀렉트 게이트에 의해 선택되는 프로그램 게이트만 파열(rupture)되도록 하여 프로그래밍을 할 수 있다.In the present invention, a program transistor is formed in a matrix structure in which the program gate line and the channel line intersect, and a select gate is formed at the end of the program gate line so that only the program gate selected by the select gate at the end is ruptured. can do.
이에, 프로그램 게이트와 셀렉트 게이트를 일대일 대응시켜 구성하는 구조에 비해 프로그램 트랜지스터 대비 셀렉트 트랜지스터의 수를 감소시켜 안티퓨즈 어레이의 면적을 최소화할 수 있다.Accordingly, compared to a structure in which the program gate and the select gate are formed in a one-to-one correspondence, the number of select transistors compared to the program transistor can be reduced, thereby minimizing the area of the antifuse array.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 안티퓨즈 어레이의 회로도이고, 도 2은 본 발명의 실시예에 따른 안티퓨즈 어레이의 사시도이고, 도 3는 도 3의 평면도를 X-X'축으로 자른 안티퓨즈 어레이의 단면도이며, 도 4은 도 3의 평면도를 Y-Y'축으로 자른 안티퓨즈 어레이의 단면도이다.1 is a circuit diagram of an antifuse array according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an antifuse array according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an antifuse cut in the plane of FIG. It is a cross-sectional view of the fuse array, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the anti-fuse array of FIG. 3 taken along the Y-Y' axis.
먼저, 도 1를 참조하면, 본 발명에 따른 안티퓨즈 어레이는 매트릭스 구조의 프로그램 트랜지스터(제 1 트랜지스터, 130), 매트릭스 구조의 프로그램 트랜지스터(130)의 제 1 방향의 끝단에 형성되는 셀렉트 트랜지스터(제 2 트랜지스터, 110), 매트릭스 구조의 프로그램 트랜지스터(130)의 제 2 방향의 끝단에 형성되는 셀렉트 트랜지스터(제 3 트랜지스터, 120)를 구비한다.First, referring to FIG. 1, the anti-fuse array according to the present invention includes a program transistor having a matrix structure (a first transistor 130) and a select transistor formed at an end of the
안티퓨즈 어레이의 구성을 구체적으로 설명하기 위해 도 1과 도 2를 함께 참조하면, 매트릭스 구조의 프로그램 트랜지스터(130)를 형성하기 위해 반도체 기판(101) 내에 제 1 방향으로 일정 간격 이격되는 복수개의 채널라인(103a 내지 103d)을 형성하고, 채널라인(103a 내지 103d)과 수직하는 방향으로 일정 간격 이격되어 형성되는 복수개의 게이트 라인(107a 내지 107d)을 형성하여, 채널라인(103a 내지 103d)과 게이트 라인(107a 내지 107d)이 수직하게 교차하도록 하고, 교차되는 지점에 하나의 프로그램 트랜지스터가 형성되도록 한다.Referring to FIGS. 1 and 2 together to specifically describe the configuration of the anti-fuse array, a plurality of channels spaced apart from each other in a first direction in the
이때, 채널라인(103a 내지 103d)은 이온 주입을 통해 형성되거나 채널로서 사용될 수 있는 물질을 증착하여 형성될 수 있다. 또한, 반도체 기판(101)과 게이트 라인(107a 내지 107d) 사이에 게이트 절연막 라인(105a 내지 105d)이 형성되어, 게이트 절연막 라인(105a 내지 105d)과 게이트 라인(107a 내지 107d)이 적층되는 구조를 가진다. At this time, the
또한, 이러한 게이트 절연막 라인(105a 내지 105d)과 게이트 라인(107a 내지 107d)은 반도체 기판(101) 전면에 게이트 절연막 물질과 게이트 도전물질을 순서대로 적층한 후, 마스크를 이용하여 라인 타입으로 게이트 절연막 물질과 게이트 도전물질을 식각하여 형성한다. 또한, 게이트 라인(107a 내지 107d)은 게이트 도전물질(11) 및 캡핑막(12)의 적층구조로 형성되며, 게이트 도전물질(13)은 폴리실리콘, 텅스텐 등의 도전물질로 형성될 수 있다.In addition, the gate
한편, 셀렉트 트랜지스터(110)는 프로그램 트랜지스터(130)의 게이트 라인(107a 내지 107d)의 장축방향의 끝단측에 게이트 라인(107a 내지 107d)과 일정 간격 이격되어 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 셀렉트 트랜지스터(111 내지 114)는 게이트 라인(107a 내지 107d)과 일대일 대응되어 형성된다. 또한, 셀렉트 트랜지스터(110)는 채널영역(102a 내지 102d)와 채널영역(104a 내지 104d) 사이의 반도체 기판 상부에 셀렉트 게이트(110a 내지 110d)를 구비하고, 반도체 기판과 셀렉트 게이트(110a 내지 110d) 사이에 게이트 절연막(108a 내지 108d)를 구비한다. 또한, 셀렉트 트랜지스터(110)는 프로그램 트랜지스터(130)와 메탈 구조물(140)에 의해 전기적으로 연결되도록 한다.On the other hand, the
또한, 셀렉트 트랜지스터(120)는 프로그램 트랜지스터(130)의 채널라인(103a 내지 103d)의 장축방향의 끝단에 채널라인(103a 내지 103d)과 접속되도록 형성된다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 셀렉트 트랜지스터(121 내지 124)는 채널라인(103a 내지 103d)과 일대일 대응되어 형성된다. 또한, 셀렉트 트랜지스터(120)는 채널라인(103a 내지 103d)과 채널영역(106a 내지 106d) 사이 상부에 형성되는 게이트 절연막(109a 내지 109d), 게이트 절연막(109a 내지 109d) 상부에 형성되는 셀렉트 게이트(120a 내지 120d)를 구비한다. 또한, 셀렉트 트랜지스터(120)는 프로그램 트랜지스터(130)와 채널라인(103a 내지 103d)을 공통으로 사용함으로써 전기적으로 연결된다.In addition, the
이때, 셀렉트 트랜지스터(110)의 게이트 절연막(108a 내지 108d) 및 셀렉트 게이트(110a 내지 110d)와 셀렉트 트랜지스터(120)의 게이트 절연막(109a 내지 109d) 및 셀렉트 게이트(120a 내지 120d)는 프로그램 트랜지스터(130)의 게이트 절연막 라인(105a 내지 105d)과 게이트 라인(107a 내지 107d) 형성 시에 동시에 형성되도록 한다. 또한, 셀렉트 게이트(110a 내지 110d)와 셀렉트 게이트(120a 내지 120d)는 게이트 도전물질(13) 및 캡핑막(14)의 적층구조로 형성되며, 게이트 도전물질(13)은 폴리실리콘, 텅스텐 등의 도전물질로 형성될 수 있다.At this time, the
이하, 도 2의 사시도를 X-X'축으로 자른 단면도인 도 3와 도 2의 사시도를 Y-Y'축으로 자른 단면도인 도 4을 참조하여 프로그램 트랜지스터(130)와 셀렉트 트랜지스터(110, 120) 간의 연결관계를 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, referring to FIG. 3 which is a cross-sectional view of FIG. 2 taken along the X-X' axis and FIG. 4 which is a cross-sectional view of FIG. 2 taken along the Y-Y' axis, the
먼저, 도 3을 참조하면, 채널라인(103a 내지 103d)이 셀렉트 게이트(120a)의 위치까지 라인 타입으로 형성되고, 셀렉트 게이트(120a)의 타측에 채널영역(106a)이 형성된다. 이에, 채널라인(103a) 및 채널영역(106a)이 드레인 또는 소스영역이 되어 셀렉트 게이트(120a)와 함께 셀렉트 트랜지스터(121)로서 구동된다. 또한, 라인 타입의 채널라인(103a) 상부에 일정 간격 이격되는 복수개의 게이트 절연막 라인(105a 내지 105d) 및 게이트 라인(107a 내지 107d) 적층구조가 형성된다.First, referring to FIG. 3,
한편, 도 4를 참조하면, 프로그램 트랜지스터(130)는 반도체 기판(101) 내에 일정 간격 이격되는 복수개의 채널라인(103a 내지 103d)이 형성되고, 채널라인(103a 내지 103d)과 수직하는 방향으로 채널라인(103a 내지 103d) 상부에 라인 타입으로 적층된 게이트 절연막 라인(105a)과 게이트 라인(107a)이 형성된다. Meanwhile, referring to FIG. 4, in the
또한, 게이트 라인(107a 내지 107d)의 장축방향으로 게이트 라인(107a 내지 107d)과 일정 간격 이격되는 셀렉트 트랜지스터를 구비한다. 셀렉트 트랜지스터는 채널영역(102a)과 채널영역(104a) 사이 상부에 형성되는 게이트 절연막(108a), 게이트 절연막(108a) 상부에 형성되는 셀렉트 게이트(110a)를 구비한다. In addition, a select transistor is provided that is spaced apart from the
한편, 도 1에서와 같이, 프로그램 트랜지스터(130)와 셀렉트 트랜지스터(110)의 연결을 위해, 메탈 구조물(140)을 형성하는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 메탈 구조물(140)은 채널영역(104a 내지 104d) 상부에 형성되는 메탈 콘택(141a 내지 141d), 게이트 라인(107a 내지 107d) 상부에 형성되는 메탈 콘택(142a 내지 142d), 메탈 콘택(141a 내지 141d)과 메탈 콘택(142a 내지 142d)을 연결하는 메탈 라인(143a 내지 143d)를 포함한다. 즉, 메탈 구조물(140)은 게이트 라인(107a 내지 107d)과 셀렉트 게이트(110a 내지 110d)가 일대일로 대응되도록 연결한다. Meanwhile, as shown in FIG. 1, a
도 4의 단면도를 참고하면, 메탈콘택(제 1 메탈콘택, 142a)이 게이트 라인(107a) 상부에 형성되고, 메탈콘택(제 2 메탈콘택, 141a)이 셀렉트 게이트(110a)의 채널영역(104a) 상부에 형성되며, 메탈콘택(141a)과 메탈콘택(142a)은 메탈라인(143a)로 연결된다. 이에, 프로그램 트랜지스터의 게이트 라인(107a)과 셀렉트 트랜지스터의 채널영역(104a)이 메탈콘택(141a, 142a) 및 메탈라인(143a)를 통해 전기적으로 연결되게 된다.Referring to the cross-sectional view of FIG. 4, a metal contact (a first metal contact, 142a) is formed on the
이와 같이, 본 발명은 수직으로 교차하는 게이트 라인(107a 내지 107d)과 채널라인(103a 내지 103d)을 통해 매트릭스구조의 프로그램 트랜지스터(130)를 형성하고, 매트릭스 구조 중 하나의 프로그램 트랜지스터를 선택하기 위해 프로그램 트랜지스터(130)의 끝단(채널라인의 끝단, 게이트 라인의 끝단)에 각각 셀렉트 트랜지스터(110, 120)를 구비하는 구성을 가진다.As described above, the present invention forms the
이에, 본 발명은 복수개의 프로그램 트랜지스터로 연결되는 하나의 게이트 라인에 대해 하나의 셀렉트 트랜지스터를 대응시켜 구비하고 하나의 채널라인에 하나의 셀렉트 트랜지스터를 대응시켜 구비함으로써 안티퓨즈 어레이의 면적을 최소화할 수 있다.Accordingly, the present invention can minimize the area of the anti-fuse array by providing one select transistor corresponding to one gate line connected to a plurality of program transistors and one select transistor corresponding to one channel line. have.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 안티퓨즈 어레이의 동작 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of operating an antifuse array according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
먼저, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안티퓨즈 어레이의 프로그램 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.First, FIG. 5 is a diagram for explaining a program operation method of an antifuse array according to an embodiment of the present invention.
도 5의 (i)를 참조하면, 먼저 셀렉트 트랜지스터(110, 120)가 초기상태에서는 모두 전압이 인가되지 않은 상태인 플로팅 상태인 것으로 가정한다. 즉 모든 셀렉트 트랜지스터(110, 120)가 플로팅 상태에서, 프로그램하고자(파열시키고자)하는 프로그램 트랜지스터를 선택하기 위해 원하는 셀렉트 트랜지스터를 턴온시킨다. 도 5에서는 셀렉트 트랜지스터(121, 123)와 셀렉트 트랜지스터(112)가 턴온되고 턴온된 셀렉트 트랜지스터(121, 123)와 셀렉트 트랜지스터(112)를 통해 전압이 인가되어 프로그램 트랜지스터(A, B)가 파열되는 예를 개시하고 있다.Referring to FIG. 5(i), first, it is assumed that the
즉, 채널라인(103a, 103c)에 연결되는 셀렉트 트랜지스터(121, 123)에 접지전압을 인가시키고, 게이트라인(107b)에 연결되는 셀렉트 트랜지스터(112)에 전원전압을 인가하는 경우 채널라인(103a, 103c)과 게이트라인(107b)의 교차지점의 프로그램 트랜지스터(A, B)에 전압차가 발생하여 게이트 절연막이 파열된다. 이때, 나머지 게이트 라인(107a, 107c, 107d)과 나머지 채널라인(105b, 105d)는 플로팅(floating) 상태를 유지하고 있어 채널라인(105b, 105d)과 게이트 라인(107a, 107c, 107d)에 의해 교차되는 지점의 프로그램 트랜지스터에서는 파열이 발생하지 않게 된다.That is, when a ground voltage is applied to the
이러한 프로그램 동작은 제 1방향으로 순차적으로 진행되는 것이 바람직하다. 여기서 제 1 방향은 좌측에서 우측으로 셀렉트 트랜지스터(120)에 가까워지는 방향을 의미한다. It is preferable that such a program operation proceeds sequentially in the first direction. Here, the first direction refers to a direction that approaches the
즉, (ii)를 참조하면, 게이트라인(107b)에 연결된 프로그램 트랜지스터(A, B)가 파열된 후, 게이트라인(107c)에 연결된 프로그램 트랜지스터들을 파열시키고, 순차적으로 게이트 라인(107d)에 연결된 프로그램 트랜지스터들을 파열시키도록 한다.That is, referring to (ii), after the program transistors A and B connected to the
이는 게이트 라인(107c)에 연결된 프로그램 트랜지스터들을 파열시킨 후 게이트 라인(107b)에 연결된 프로그램 트랜지스터들을 파열하는 경우, 이미 파열된 게이트라인(107c)에 연결된 프로그램 트랜지스터들에 의해 누설전류가 발생하여 게이트 라인(107b)에 연결된 프로그램 트랜지스터들을 파열시키지 못하는 경우가 발생할 수 있기 때문이다.This is because when the program transistors connected to the
예를 들어, 도 5의 (ii)에서 프로그램 트랜지스터(C, D)를 파열한 후 프로그램 트랜지스터(A, B)를 파열하고자 하는 경우 파열된 프로그램 트랜지스터(C, D)에 의해 누설전류가 발생하게 된다. 즉, 프로그램 트랜지스터(B)를 파열시키기 위해 셀렉트 트랜지스터(112)와 셀렉트 트랜지스터(123)에 전압을 인가하더라도 프로그램 트랜지스터(B)의 우측에 있는 이미 파열된 프로그램 트랜지스터(D)에 누설전류가 발생하게 되어, 프로그램 트랜지스터(B)에 걸리는 전압차가 약해져 파열되기 어려울 수 있다.For example, in the case of attempting to rupture the program transistors (A, B) after rupturing the program transistors (C, D) in Fig. 5(ii), a leakage current is generated by the ruptured program transistors (C, D). do. That is, even if voltage is applied to the
따라서, 본 발명의 안티퓨즈는 셀렉트 트랜지스터(120)에 가까워지는 방향으로 순차적으로 프로그램 트랜지스터를 파열시키는 것이 바람직하다.Accordingly, it is preferable that the anti-fuse of the present invention burst the program transistors sequentially in a direction closer to the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안티퓨즈 어레이의 리드 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a read operation method of an antifuse array according to an embodiment of the present invention.
도 6의 (i)를 참조하면, 먼저 셀렉트 트랜지스터(110, 120)가 초기상태에서는 모두 전압이 인가되지 않은 상태인 플로팅 상태인 것으로 가정한다. Referring to FIG. 6(i), first, it is assumed that the
도 6의 (i)에서와 같이 채널라인(103b)과 게이트라인(107c)가 교차하는 지점의 프로그램 트랜지스터(E)를 리드(read)하기 위해, 채널라인(103b)에 연결된 셀렉트 트랜지스터(113)에 리드전압(VRD)을 인가하고 게이트라인(107c)에 연결된 셀렉트 트랜지스터(122)에 접지전압을 인가한다. 이에 프로그램 트랜지스터(E)가 이미 파열되어 있는 상태이므로 전류가 흐르게 되고, 프로그램 트랜지스터(E)를 통해 흐르는 전류값을 통해 리드하게 된다. 이때, 전류값 측정은 별도의 장비를 통해 측정할 수 있으며 전류값을 측정하고 전류값에 따라 값을 "1" 또는 "0"으로 리드하는 것은 일반적인 퓨즈 리드 기술로 적용될 수 있다.In order to read the program transistor E at the point where the
예를 들어, 전류값이 일정 레벨 이상이면 퓨즈값이 "1"이고 전류값이 일정레벨 이하이면 퓨즈값이 "0"이라고 가정할 수 있으며, 전류값이 일정레벨 이상이면 퓨즈가 파열된 상태인 것으로 추정하고 전류값이 일정레벨 이하이면 퓨즈가 파열되지 않은 상태인 것으로 판단할 수 있다.For example, if the current value is higher than a certain level, it can be assumed that the fuse value is "1" and if the current value is less than a certain level, the fuse value is "0". If the current value is higher than a certain level, the fuse is in a burst state. If the current value is less than a certain level, it can be determined that the fuse is not blown.
도 6의 (ii)에서 프로그램 트랜지스터(E')는 파열되지 않은 상태이다. 이때, 프로그램 트랜지스터(E')를 리드(read)하기 위해, 채널라인(103b)에 연결된 셀렉트 트랜지스터(113)에 리드전압(VRD)을 인가하고 게이트라인(107c)에 연결된 셀렉트 트랜지스터(122)에 접지전압을 인가한다. 이에, 전압차에 의해 프로그램 트랜지스터(E')를 통해 전류가 흘러야 하는데 프로그램 트랜지스터(E')가 파열되지 않은 상태이므로 전류가 흐르지 않게 된다.In Fig. 6(ii), the program transistor E'is not ruptured. At this time, in order to read the program transistor E', a read voltage VRD is applied to the
이에, 프로그램 트랜지스터(E')에 흐르는 전류를 측정하는 경우 일정 레벨 이하의 전류레벨이 측정될 수 있다.Accordingly, when measuring the current flowing through the program transistor E', a current level below a certain level may be measured.
이와 같이, 본 발명은 매트릭스 구조로 프로그램 트랜지스터를 형성하고 프로그램 게이트 라인의 끝단에 셀렉트 게이트를 각각 형성하여 끝단의 셀렉트 게이트에 의해 선택되는 프로그램 게이트만 파열(rupture)되도록 하여 프로그래밍을 할 수 있다. 이에, 프로그램 게이트와 셀렉트 게이트를 일대일 대응시켜 구성하는 구조에 비해 복수개의 프로그램 게이트에 대해 하나의 셀렉트 게이트를 구비함으로써 안티퓨즈 어레이의 면적을 최소화할 수 있다.As described above, according to the present invention, programming can be performed by forming a program transistor in a matrix structure and forming a select gate at the end of the program gate line so that only the program gate selected by the select gate at the end is ruptured. Accordingly, compared to a structure in which the program gate and the select gate are made to correspond one-to-one, the area of the anti-fuse array can be minimized by providing one select gate for a plurality of program gates.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
101 : 반도체 기판
102a ~ 102d: 채널영역
103a ~ 103d: 채널라인
104a ~ 104d: 채널영역
105a ~ 105d: 게이트 절연막 라인
106a ~ 106d: 채널영역
107a ~ 107d: 게이트 라인
108a ~ 108d: 게이트 절연막
109a ~ 109d: 게이트 절연막
110, 120 : 셀렉트 트랜지스터
130 : 프로그램 트랜지스터
140 : 메탈 구조물
111 ~ 114 : 셀렉트 게이트
121 ~ 124 : 셀렉트 게이트
141a ~ 141d: 메탈 콘택
142a ~ 142d: 메탈 콘택
143a ~ 143d: 메탈 라인101: semiconductor substrate
102a ~ 102d: channel area
103a ~ 103d: channel line
104a ~ 104d: channel area
105a to 105d: gate insulating film line
106a ~ 106d: channel area
107a to 107d: gate line
108a to 108d: gate insulating film
109a to 109d: gate insulating film
110, 120: select transistor
130: programmable transistor
140: metal structure
111 ~ 114: select gate
121 to 124: select gate
141a to 141d: metal contact
142a to 142d: metal contact
143a to 143d: metal line
Claims (20)
상기 복수개의 게이트 라인들 각각에 연결되는 복수개의 제 2 트랜지스터들; 및
상기 복수개의 채널라인들 각각에 연결되는 복수개의 제 3 트랜지스터들을 포함하는 안티퓨즈 어레이.A plurality of gate lines extending in a first direction, a plurality of channel lines extending in a second direction to cross the plurality of gate lines, and a plurality of channel lines positioned under the gate lines so as to overlap the plurality of channel lines A plurality of first transistors including gate insulating layer lines;
A plurality of second transistors connected to each of the plurality of gate lines; And
An antifuse array including a plurality of third transistors connected to each of the plurality of channel lines.
상기 제 1 트랜지스터들은 프로그램(program) 트랜지스터이고, 상기 제 2 트랜지스터들 및 상기 제 3 트랜지스터들은 셀렉트(select) 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 안티퓨즈 어레이.The method according to claim 1,
Wherein the first transistors are program transistors, and the second transistors and the third transistors are select transistors.
반도체 기판 내에 형성되며, 상기 제 1 방향으로 일정 간격 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 안티퓨즈 어레이.The method of claim 1, wherein the channel lines
An anti-fuse array formed in a semiconductor substrate and formed at a predetermined interval in the first direction.
상기 채널라인들은 이온주입을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 안티퓨즈 어레이.The method of claim 3,
The channel lines are antifuse array, characterized in that formed through ion implantation.
상기 제 3 트랜지스터들 각각은,
상기 반도체 기판 내에 형성되는 제 1 채널영역;
상기 제 1 채널영역과 일정 간격 이격되어 상기 채널라인들 중 어느 하나에 연결되는 제 2 채널영역;
상기 제 1 채널영역과 상기 제 2 채널영역 사이 상부에 형성되는 게이트 절연막; 및
상기 게이트 절연막 상부에 형성되는 게이트 전극;
을 포함하는 안티퓨즈 어레이.The method of claim 3,
Each of the third transistors,
A first channel region formed in the semiconductor substrate;
A second channel region spaced apart from the first channel region and connected to any one of the channel lines;
A gate insulating layer formed on an upper portion between the first channel region and the second channel region; And
A gate electrode formed on the gate insulating layer;
Anti-fuse array comprising a.
상기 제 3 트랜지스터들은 상기 제 2 방향으로 상기 채널라인들의 끝단에 연결되는 것을 특징으로 하는 안티퓨즈 어레이.The method of claim 3,
And the third transistors are connected to ends of the channel lines in the second direction.
상기 제 2 트랜지스터들 각각은,
상기 반도체 기판 내에 일정 간격 이격되어 형성되는 제 1 및 제 2 채널영역;
상기 제 1 및 제 2 채널영역 사이 상부에 형성되는 게이트 절연막; 및
상기 게이트 절연막 상부에 형성되는 게이트 전극
을 포함하는 것을 특징으로 하는 안티퓨즈 어레이.The method of claim 3,
Each of the second transistors,
First and second channel regions formed at predetermined intervals in the semiconductor substrate;
A gate insulating layer formed between the first and second channel regions; And
A gate electrode formed on the gate insulating layer
Anti-fuse array comprising a.
상기 제 2 트랜지스터들은,
상기 제 1 방향으로 상기 게이트 라인들의 끝단과 일정 간격 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 안티퓨즈 어레이.The method of claim 3,
The second transistors,
Anti-fuse array, characterized in that formed to be spaced apart from ends of the gate lines in the first direction by a predetermined interval.
상기 복수개의 제 1 트랜지스터들과 상기 복수개의 제 2 트랜지스터들을 연결하는 메탈 구조물들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안티퓨즈 어레이.The method of claim 3,
The anti-fuse array, further comprising metal structures connecting the plurality of first transistors and the plurality of second transistors.
상기 메탈 구조물들은,
상기 제 1 트랜지스터들의 상기 게이트 라인들에 연결되는 제 1 메탈 콘택들;
상기 제 2 트랜지스터들의 채널영역들에 연결되는 제 2 메탈 콘택들; 및
상기 제 1 메탈 콘택들과 상기 제 2 메탈 콘택들을 연결하는 메탈 라인들
을 포함하는 것을 특징으로 하는 안티퓨즈 어레이.The method of claim 9,
The metal structures,
First metal contacts connected to the gate lines of the first transistors;
Second metal contacts connected to the channel regions of the second transistors; And
Metal lines connecting the first metal contacts and the second metal contacts
Anti-fuse array comprising a.
상기 메탈 구조물들은,
상기 게이트 라인들과 일대일 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 안티퓨즈 어레이.The method of claim 9,
The metal structures,
Anti-fuse array, characterized in that formed in a one-to-one correspondence with the gate lines.
상기 제 3 트랜지스터들은 상기 채널라인들과 일대일 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 안티 퓨즈 어레이.The method of claim 3,
The third transistors are formed to correspond to the channel lines one-to-one.
상기 제 1 채널영역 및 상기 제 2 채널영역은,
상기 채널라인들 형성시에 이온주입을 통해 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 안티 퓨즈 어레이.The method of claim 5,
The first channel region and the second channel region,
Anti-fuse array, characterized in that formed at the same time through ion implantation when the channel lines are formed.
상기 복수개의 제 2 트랜지스터들 중 적어도 하나에 제 1 전압을 인가하는 단계;
상기 복수개의 제 3 트랜지스터들 중 적어도 하나에 제 2 전압을 인가하는 단계;
상기 복수개의 제 1 트랜지스터들 중 상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압이 인가된 적어도 하나의 트랜지스터가 파열(rupture)되는 단계를 포함하며,
상기 적어도 하나의 트랜지스터가 파열되는 단계는
상기 제 3 트랜지스터들에 가까워지는 방향으로 순차적으로 파열되는 것을 특징으로 하는 안티 퓨즈 어레이의 동작 방법.A plurality of first transistors positioned at points where the plurality of gate lines and the plurality of channel lines cross; A plurality of second transistors connected to each of the gate lines; And a plurality of third transistors connected to each of the channel lines, the method comprising:
Applying a first voltage to at least one of the plurality of second transistors;
Applying a second voltage to at least one of the plurality of third transistors;
And rupture of at least one of the plurality of first transistors to which the first voltage and the second voltage are applied,
The step of rupturing the at least one transistor
The method of operating an anti-fuse array, characterized in that sequentially bursting in a direction approaching the third transistors.
프로그램 모드 시, 상기 제 1 전압은 전원전압(VDD) 레벨이고, 상기 제 2 전압은 접지전압(VSS) 레벨인 것을 특징으로 하는 안티 퓨즈 어레이의 동작 방법.The method of claim 15,
In a program mode, the first voltage is a power voltage (VDD) level, and the second voltage is a ground voltage (VSS) level.
상기 복수개의 제 2 트랜지스터들 중 적어도 하나에 제 3 전압을 인가하고, 상기 복수개의 제 3 트랜지스터들 중 적어도 하나에 제 4 전압을 인가하여 리드동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안티 퓨즈 어레이의 동작 방법.The method of claim 15,
And performing a read operation by applying a third voltage to at least one of the plurality of second transistors and applying a fourth voltage to at least one of the plurality of third transistors. How the fuse array works.
리드 모드 시, 상기 제 3 전압은 리드전압(VRD) 레벨이고, 상기 제 4 전압은 접지전압(VSS) 레벨인 것을 특징으로 하는 안티 퓨즈 어레이의 동작 방법.The method of claim 17,
In a read mode, the third voltage is a read voltage (VRD) level, and the fourth voltage is a ground voltage (VSS) level.
상기 제 1 트랜지스터들은 프로그램(program) 트랜지스터이고, 상기 제 2 트랜지스터들 및 상기 제 3 트랜지스터들은 셀렉트(select) 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 안티 퓨즈 어레이의 동작 방법. The method of claim 15,
Wherein the first transistors are program transistors, and the second transistors and the third transistors are select transistors.
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